微专题22：波的干涉和衍射现象和多普勒效应专项训练 讲义 -2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019)选择性必修第一册

微专题22：波的干涉和衍射现象和多普勒效应 一、考点聚焦 1、波的叠加，波的干涉、衍射现象 2、声波、超声波及其应用 3、多普勒效应 二、知识导航 1．波的干涉 波的干涉现象中加强点、减弱点的两种判断方法 某质点的振动是加强还是减弱，取决于该点到两相干波源的距离之差Δr. ①当两波源振动步调一致时：若Δr＝nλ(n＝0,1,2，…)，则振动加强； 若Δr＝(2n＋1)(n＝0,1,2，…)，则振动减弱． ②当两波源振动步调相反时：若Δr＝(2n＋1)(n＝0,1,2，…)，则振动加强；若Δr＝nλ(n＝0,1,2，…)，则振动减弱． 2.波的衍射现象： 波绕过障碍物继续传播的现象叫做波的衍射。发生明显衍射的条件是，孔、缝、障碍物的尺寸比波长小或跟波长相差不多。一切波都能发生衍射，衍射是拨特有的现象。 3.多普勒效应： 由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到波的频率发生变化的现象，叫做多普勒效应。 （1）当波源和观察者相对静止时，观察者接收到的频率等于波源的频率。 （2）当波源和观察者相对靠近时，观察者接收到的频率大于波源的频率。 （3）当波源和观察者相对远离时，观察者接收到的频率小于波源的频率。 一切波都能发生多普勒效应。设波源S振动的频率为f，波源和观察者A孝沿同一直线运动，相对于地面的速度分别为vS和vA。波在介质中的传播速度为vp，且vS<vp，vA<vp，则观察者接收到的频率为 实质：声源频率 不变 ，观察者接收到的频率 发生变化 ． 【基础题组】 1.（多选）两列相干波的振幅分别为A1和A2，某时刻介质中质点P的位移大小为A1+A2，则（ ） A、质点的振幅一直为A1+A2 B、质点的振幅再过半个周期为∣A1—A2∣ C、质点的位移大小一直为A1+A2 D、质点的位移大小再过半个周期为A1+A2 2.（单选）主动降噪的原理如图所示，通过发出反噪声与噪声相抵消，使a处的噪声降低，下列说法正确的是（ ） A．反噪声与噪声的传播速度不同 B．反噪声与噪声在a处的相位相同 C．反噪声与噪声频率相同 D．空间各处的噪声都降低 3.（单选）下列各图分别表示一列水波在传播过程中遇到了小孔(①、②图)或障碍物(③、④图),每两条相邻曲线之间距离表示一个波长,其中能发生明显衍射现象的有(　 　) A.③④ B.②④ C.①③ D.①② 4．（单选）如图所示为用发波水槽演示多普勒效应原理的实验照片，波源以固定频率振动并以恒定速度移动，质点A、B位于水波对称轴x轴上。下列说法正确的是（ ） A．A处波速大于B处波速 B．A处质点的振幅越来越大 C．波源可能向x轴正方向运动 D．波源一定向x轴负方向运动 5.（单选）如图所示，向左匀速运动的小车发出频率为f的声波，车左侧A处的人感受到的声波的频率为f1，车右侧B处的人感受到的声波的频率为f2，则（ ） A、f1<f，f2<f B、f1<f，f2>f C、f1>f，f2>f D、f1>f，f2<f 【能力题组】 6．（单选）如图所示，S1和S2是湖面上两个完全相同的水波的波源，MN是足够长的湖岸，水波的波长为2m，S1与S2的连线与湖岸垂直，且S1S2=5m，则岸边始终平静的地方共有（ ） A、1处 B、3处 C、5处 D、无数处 7.(单选)如图甲所示,在均匀介质中有A、B、C和D四点,其中A、B、C三点位于同一直线上，lAC=lBC=4 m，lDC=3 m，DC垂直于AB。t=0时,位于A、B、C处的三个完全相同的横波波源同时开始振动,振动图像均如图乙所示,振动方向与平面ABD垂直,已知波长为4 m。下列说法正确的是(　 　) 甲 乙 A.这三列波的波速均为2 m/s B.t=2 s时,D处的质点开始振动 C.t=4.5 s时,D处的质点向y轴负方向运动 D.t=6 s时,D处的质点与平衡位置的距离是6 cm 8．（单选）如图甲所示，在同一均匀介质中有两个振动完全相同的波源、，两波源相距24cm，M、N为介质中两波源连线的中垂线上的两个质点。已知波速为0.25m/s，两波源同时开始振动，从波源振动开始计时，M点的振动图像如图乙所示。当N点开始振动后，在某一时刻在中垂线上M、N是相邻的波峰，则（　　） A．M、N间的距离为5cm B．M、N间的距离为7cm C．M、N连线的中点振动减弱 D．M、N处于波峰时，两点连线的中点处于波谷 9．智能手机的“双MIC降噪技术”通过发出降噪声波来抵消噪声，原理如图所示。实线表示环境噪声，虚线表示降噪声波，下列说法不正确的是（ ） A．降噪声波在空气中以纵波形式传播 B．降噪声波与环境噪声的频率相同 C．降噪过程利用声波的干涉原理 D．图中P点为振动加强点 10．甲、乙两列机械波在同种介质中相向而行，甲波振源位于O点，乙波振源位于处，在时刻所形成的波形与位置如图所示，已知，下列说法不正确的是（ ） A．乙的波速为 B．甲、乙两列机械波相遇后可形成稳定的干涉图像 C．甲的波谷经过与乙的波峰第一次相遇 D．振动减弱点的振幅为0，是振动的加强点 11．（多选）如图所示，与处有两个波源和均可以沿z轴方向做简谐运动，两波源产生的机械波均能以波源为圆心在xOy平面内向各个方向传播，振动周期均为，波速均为。时刻波源开始沿z轴正方向振动，振幅；时刻波源开始沿z轴负方向振动，振幅。下列说法正确的是（　　） A．时刻，处质点的位移为 B．在x轴上，和区域都是振动的加强点 C．在x轴上，区间内一共有10个振动的加强点 D．以波源为圆心，分别以半径4.8m和5.2m画圆，则在这两个圆周上，振动的加强点的个数相等 12．（多选）如图所示是某水池的剖面图，A、B两区域水深分别为，，点O处于两部分水面分界线上，M和N是A、B两区域水面上的两点，O、M间距离为3m。t=0时，M点从平衡位置向上振动、N点从平衡位置向下振动，形成以M、N点为波源的水波（可看作简谐横波），两波源振动频率均为2Hz，振幅均为5cm。当t=1s时，O点开始振动且振动方向向下。已知水波的波速跟水深关系为，式中h为水的深度，g=10m/s2。下列说法正确的是（ ） A．A区域水面上的波长为1m B．O、N之间的距离为4m C．t=2.5s时，O点经平衡位置向上振动 D．t=2.5s后，MN之间存在10个振幅为10cm的点 13.（单选）两列机械波在同种介质中相向而行，P、Q为两列波的波源，以P、Q的连线和中垂线为轴建立坐标系，P、Q的坐标如图所示。某时刻的波形如图所示。已知P波的传播速度为10m/s，O点有一个观察者，下列判断正确的是（　　） A.两波源P、Q的起振方向相同 B.这两列波不可能发生干涉现象 C.经过足够长的时间，处的振幅为45cm D.波源Q产生的波比波源P产生的波更容易发生衍射 14．速度v=20m/s行驶的火车，鸣笛声频率f=275Hz，常温下空气中的声速为V=340m/s.当火车驶来时，站在铁道旁的观察者听到的笛声频率是多少？当火车驶去时，站在铁道旁的观察者听到的笛声频率又是多少？ 参考答案 1.AD 解析：相干波的叠加是稳定的，所以A选项正确，B选项错误；此刻，P正在波峰，半个周期后P点将运动到波谷，所以D选项正确，C选项错误； 2．C 【详解】A．在同种介质中声音的传播速度相同，故A错误； B．a处的噪声降低，则该处为减弱区，故反噪声与噪声在a处的相位不同，故B错误； C．反噪声与噪声相抵消，即它们能产生稳定的干涉现象，反噪声与噪声频率相同，故C正确； D．两列波发生干涉有减弱区也有加强区，并不是空间各处的噪声都降低，故D错误。故选C。 3.B． 解析：一列水波在传播过程中遇到了小孔(①②图),相比而言②图的孔洞的尺寸比①图小,且②中波的波长与小孔的尺寸差不多,所以②能比①更能发生明显的衍射。一列水波在传播过程中遇到了障碍物(③④图),相比而言④图的障碍物的尺寸比③图小,且④中波的波长大于障碍物的尺寸,所以④图能发生明显的衍射。故选B。 4．D 【详解】A.机械波传播速度与介质有关，A、B是同一介质中的两点，波速相等，故A错误； B.由于不知道质点固有频率和波源频率之间的关系，则无法判定A质点的振幅变化情况，故B错误； CD.在A点单位时间内接收到的波面比B点多，则在A点观察到的频率比在B点观察到的频率高，因此波源向x轴负方向运动，故C错误，D正确。故选D。 5.D 由于波源向A相对靠近，所以f1<f；而波源相对B远离，所以f2<f，所以D正确. 6.C 解析：岸边到两个波源距离差（波程差）为半波长的奇数倍的地方是始终平静的（振动减弱区）。O点的波程差最大为5m，其左右各有波程差为3m、1m的平静地点，所以始终平静处一共5处，所以选C. 7.C 解析：由题图乙可知,波的周期为4 s,波速为v==1 m/s,A错误;t=2 s时,这三列波都还没有传到D点,D处的质点没有振动,B错误;t=4.5 s时,A、B处的振动没有传到D点,C处的振动传到D点后,又振动了1.5 s,根据题图乙可知,D处的质点正向y轴负方向运动,C正确;t=6 s时,A、B处的振动传到D点时,都使D处的质点向y轴正方向振动了1 s,而C处的振动传到D时,使D处的质点处在平衡位置且向y轴负方向振动,根据波的叠加原理知,此时,D处的质点与平衡位置的距离是4 cm。D错误 8．B 【详解】AB．由乙图可知，波的周期为T=0.2s 所以两个波源产生的波的波长为m=5cm 因经0.6s波从波源传到M，所以到M的距离为cm M、N是相邻的波峰，所以它们到波源（或）的路程差为5cm，到N的距离为cm 则又由几何关系可知，M到两波源连线中点的距离为9cm =9cm N到两波源连线中点的距离为=16cm 所以M、N间的距离为7cm，选项A错误，B正确； C．两波源连线中垂线的到两波源和路程差都为0，所以都是振动加强的点，选项C错误； D．M、N两点连线的中点到波源连线中点的距离为12.5cm，到波源的距离为 =17.33cm 而波谷到的距离应为17.5cm，所以M、N两点连线的中点不是波谷，选项D错误。故选B。 9.D 10.D 11．CD 【详解】A．假设只有波源时，因波速m/s，此波传到m处需要时间为s 因周期s，则m处的质点又振动了 可知m质点，在s时刻处在波峰，即位移是3cm，同理可知波源存在时，传到m需要时间是s 质点又振动了 即得质点在时刻也处在波峰，则位移是，A错误； B．该波的波长为 在和区域则有，各点到两波源的距离之差 即是波长的整数倍，波源和的振动步调相反，因此各点都是振动减弱点，B错误； C．在x轴上，区间，中间位置是点，点左侧各点到两波源的距离之差，因此有 即这样的加强点共有5个，分别为、、、、，同理，由对称性，右侧也有5个加强点，因此区间内一共有10个振动的加强点，C正确； D．以波源为圆心，分别以半径4.8m和5.2m画圆，如图所示，则在这两个圆周上， Q点到两波源的距离之差最小， 则有 点到两波源的距离之差最小 P点到两波源的距离之差最大为 点到两波源的距离之差最大为 ，则在这两个圆周上，振动的加强点的个数相等，D正确。故选CD。 12．ABD 【详解】A．区域A的波速 根据 可得 ;故A正确； B．当t=1s时，O点开始振动且振动方向向下，可知是N点的波源形成的波传到了O点，区域B的波速 O、N之间的距离为 故B正确； C．M点的波传到O点需要的时间为1.5s，两列波的周期为 则t=2.5s时M点过来的波在O点振动向上。N点的波传到O点需要的时间为1s，则t=2.5sN点传过来的波在O点振动向下。O点为振动减弱点，始终在平衡位置，故C错误； D．t=1s时，N点波传到O点，振动向下，此时M点振动向上。OM之间的点到O、M之间的距离差为半波长奇数倍为振动加强点，即： 取0、±1、±2、-3。t=1.5s时，M点波传到O点，振动向上，此时N点振动向下，ON之间的点到O、N之间的距离差为半波长奇数倍为振动加强点，即 取0、±1、-2，共有10个振动加强点，故D正确。 故选ABD。 13.C 【解析】两波源P、Q的起振方向与波最前头质点的起振方向相同，由波形平移法可知，波源P的起振方向沿y轴负方向，波源Q的起振方向沿y轴正方向，即两波源P、Q的起振方向相反，故A错误；两列机械波在同种介质中相向而行，故波速相同，由于两波的波长相等，则两列机械波的频率相同，故这两列波发生干涉现象，故B错误；根据图像可知，P、Q波源，在此时刻形成的波的波前分别在（-6m，0）与（4m，0），根据同侧法可知，波前振动方向相反，即P、Q波源振动方向相反，由于同种介质中波传播速度相等，根据图像可知，波长均为，根据波速、波长、周期与频率的关系有，可知，P、Q波源振动的频率相等，又由于振动步调相反，则当空间位置到两波源的间距的差值的绝对值为半波长的奇数倍时，该位置振动加强点，由于处有，可知，处为振动加强点，故处的振幅为，故C正确；两波的波长相等，波源Q产生的波与波源P产生的波发生衍射现象的难易程度相同，故D错误；故选C。 14.【解析】火车驶来时，观察者感受到的声波波长为 λ1=VT-vT= 所以，观察者感受到的声波频率为 f1====292Hz 火车驶去时，观察者感受到的声波波长为 λ2=VT+vT= 所以，观察者感受到的声波频率为 f2====260Hz 【点评】解多普勒效应问题，关键是建立运动模型，即由于波源的相对运动使相邻波峰间距离被压缩或拉大，导致接受波长的变化，使人听起来觉得频率变了。 12 / 12 学科网（北京）股份有限公司 $$